本章学习重点：
掌握兰-艾农法测定法；
熟悉可溶性糖类的提取和澄清方法，常用提取剂及提取液的澄清方法，常用的澄清剂、除铅剂，测定用试剂、指示剂和注意事项；
了解碳水化合物的存在方式、分类和测定意义，总糖的测定方法，淀粉的测定，粗纤维的测定。
8.1概述
碳水化合物是一类化学组成、结构都非常相似的有机化合物。其主要成分是C、H、O，并且通常O∶H=1∶2，即可用通式Cn(H2O)m表示，式中，m不一定等于n，n=3～数千。碳水化合物这个名称并不确切，但因使用已久，迄今仍在沿用。如有些物质结构符合Cn(H2O)m通式，但性质却与碳水化合物完全不同，如甲醛（CH2O）、乙酸（C2H4O2）、乳酸（C3H6O3）等；而有些物质其性质与碳水化合物完全相似，但是不具有上述通式，如脱氧核糖（C5H10O4）、鼠李糖（C6H12O5）等。从化学结构角度看，它们用多羟基醛或多羟基酮及其衍生物来命名，更能表示它们的性质和意义。
根据聚合度（n）的大小，可将碳水化合物分为单糖、低聚糖（聚合度1＜n≤10）和多糖（n>；10）。单糖是糖的基本组成单位，食品中的单糖主要有葡萄糖、果糖和半乳糖，它们都是含有6个碳原子的多羟基醛或者多羟基酮，分别为已醛糖（葡萄糖、半乳糖）和已酮糖（果糖），此外还有核糖、阿拉伯糖、木糖等戊醛糖。食品中的低聚糖主要有双糖（蔗糖、乳糖和麦芽糖）、三糖（棉籽糖）和四糖（水苏糖）。蔗糖由一分子葡萄糖和一分子果糖缩合而成，普遍存在于具有光合作用的植物中，是食品工业中最重要的甜味剂。乳糖由一分子葡萄糖和一分子乳糖缩合而成，存在于哺乳动物的乳汁中。麦芽糖由2分子葡萄糖缩合而成，游离的麦芽糖在自然界并不存在，通常由淀粉水解生产得到。由若干单糖缩合而成的高分子化合物称为多糖，如淀粉、纤维素、果胶等。淀粉广泛存在于各类植物的果实中。
这些碳水化合物中，根据能否在人体被消化利用又分为有效碳水化合物和无效碳水化合物。有效碳水化合物包括人体能消化利用的单糖、低聚糖、糊精、淀粉、糖原等。无效碳水化合物指人们的消化系统或消化系统中的酶不能消化分解、吸收的物质。主要指果胶、半纤维素、纤维素、木质素。但是这些碳水化合物在体内能促进肠道蠕动，改善消化系统机能，对维持人体健康有重要作用，是人们膳食中不可缺少的物质，又称膳食纤维。
食品中碳水化合物的测定方法主要有物理法、化学法、色谱法、酶法、发酵法和重量法等。其中，物理法包括相对密度法、折光法、旋光法。化学法包括还原糖法，即直接滴定法（改良的兰-爱农法）、高锰酸钾法、萨氏法；碘量法（3，5-二硝基水杨酸）；比色法（酚-硫酸法、蒽酮法、半胱氨酸-咔唑法）。色谱法包括纸色谱、薄层色谱法、气相色谱法、高压液相法等。酶法包括测定半乳糖、乳糖的β-半乳糖脱氢酶法，测定葡萄糖的葡萄糖氧化酶法。发酵法可测定不可发酵糖。果胶、纤维素、膳食纤维素的测定一般采用重量法。
8.2单糖与低聚糖的测定
8.2.1提取与澄清
由于食品体系复杂，一般通过选择适当的溶剂提取样品中的可溶性糖，并对其提取液进行纯化和排除干扰物质后，再进行测定。
糖类的提取步骤一般包括：先将样品磨碎，再用石油醚提取除去其中的脂类和叶绿素，除去易被水提取的干扰物质，选择水或者其他极性溶剂作为提取剂，得到待测定的糖类样品。
8.2.1.1常用提取剂
水为最常用提取剂。提取时控制温度在40～50℃，温度过高时，会提取出过多的淀粉和糊精，影响测定结果。另外，还可能提取出所有的氨基酸、色素等，导致测定结果偏高。为了防止糖类被酶水解，常常加入HgCl2来抑制酶的活性。
糖类在乙醇溶液中也具有一定的溶解度，故可用乙醇水溶液作为提取剂，其优点是能抑制酶的活性。乙醇浓度一般选择70%～75%，该浓度下可以排除蛋白质，即蛋白质完全沉淀析出，多糖类也不溶解于该混合提取剂中。
8.2.1.2提取液的澄清
为了消除影响糖类测定的干扰物质，如果胶、蛋白质等物质，常常采用澄清剂沉淀影响糖类测定的干扰物质。
澄清剂必须符合以下条件：①能完全除去干扰物质；②不会吸附或沉淀糖类；③不会改变糖类的比旋光度等理化性质。过剩的澄清剂应不干扰后面的分析操作或易于去除。
常见的澄清剂有：
(1)中性醋酸铅Pb(Ac)2·3H2O。中性醋酸铅可除去蛋白质、单宁、有机酸、果胶等，还会聚集其他胶体，适用范围广。其特点为作用较可靠，不会使还原糖从溶液中沉淀出来，在室温下也不会生成可溶性的铅糖。缺点是脱色能力差，不能用于深色溶液的澄清。可应用于植物性样品，浅色的糖和糖浆样品、果蔬制品、焙烤制品。
（2）碱性醋酸铅。它能除去蛋白质、色素、有机酸，又能凝聚胶体。但是生成的沉淀体积大，可带走还原糖（如果糖）。过量的碱性乙酸铅因其碱度及铅糖的生成而改变糖类的旋光度，故只能用于处理深色的蔗糖溶液。
（3）乙酸锌溶液和亚铁氰化钾溶液。利用乙酸锌与亚铁氰化钾生成的亚铁氰酸锌沉淀来吸附干扰物质，发生共同沉淀作用。这种澄清剂澄清效果良好，除蛋白质能力强。故适用于色泽较浅，富含蛋白质样液的澄清，如乳制品、豆制品等。
（4）硫酸铜（CuSO4）。10 mL CuSO4溶液（69.28 g CuSO4·5H2O溶于1 L水中）与4 mL 1 mol/L NaOH组成的混合液进行澄清，在碱性条件下，Cu2+可使蛋白质沉淀。适于富含蛋白质的样品的澄清，如牛乳。
（5）氢氧化铝［Al(OH)3］。氢氧化铝能凝聚胶体，但对非胶态杂质的澄清效果不好，适用于浅色糖溶液的澄清或作为附加澄清剂。
（6）活性炭。活性炭能除去植物样品中的色素，但是吸附能力强，能吸附糖类而造成损失。
澄清剂的种类很多，性能也各不相同，应根据样品溶液的种类、干扰物质的种类及含量予以适当的选择，同时还必须考虑所采用的分析方法，如用直接滴定法测定还原糖时不能硫酸铜-氢氧化钠溶液澄清样品，以免样品溶液中带入Cu2+；用高锰酸钾滴定法测定还原糖时，不能用乙酸锌-亚铁氰化钾溶液澄清样品溶液，以免样品溶液中引入Fe2+。
澄清剂用量太少达不到澄清的目的，但是使用过量会使分析结果产生误差。
采用乙酸铅作澄清剂时，澄清后的样品溶液中残留有铅离子，在测定过程中加热样品溶液时，铅能与还原糖（特别是果糖）结合生成铅糖化合物，使测定得到的还原糖含量降低。因此，经铅盐澄清的样品溶液必须除铅。
常用的除铅剂有草酸钠、草酸钾、硫酸钠、磷酸氢二钠等。使用时可以用固态加入（如固体草酸钠），也可以液态加入（如10% Na2SO4或10% Na2HPO4）。除铅剂的用量也要适当，在保证使铅完全沉淀的前提下，尽量少用。
8.2.2样品预处理
在糖的提取过程中，常常有干扰物质对糖的提取产生干扰，常见的干扰物质包括：①将糖包围在其内部的脂类；②影响过滤的果胶等多糖干扰物质；③植物中含有的有机酸，其将参与糖的化学反应，导致蔗糖发生水解；④对比色法、旋光法测定糖产生影响的色素；⑤氨基酸、糖苷（甙）等具有旋光性的光活性物质，会影响糖的旋光法测定。
去除干扰物质的常见方法是：将称重样品放在滤纸上，先用50 mL石油醚，分五次洗涤，除去样品中所含有的脂类、叶绿素等。再加入澄清剂，除去果胶、蛋白质及有旋光性的物质。若有机酸存在时，只需将反应保持在中性进行即可。新鲜果实常含有糖的分解酶，如鲜橘水提取液，其酶的活性很大，可加入少量氯化汞。
（1）含高脂肪的食品，如巧克力、蛋黄酱、奶酪等，通常须经脱脂后再用水进行提取。一般以石油醚处理一次或几次，必要时可加热；每次处理后，倒去石油醚，然后用水进行提取。
（2）含有大量淀粉、糊精及蛋白质的食品，如谷物制品、某些蔬菜、调味品，通常用70%～75%乙醇溶液进行提取。若单独使用水提取，会使样品中部分淀粉和糊精溶出或吸水膨胀，影响分析测定，同时过滤也困难。操作时，要求乙醇溶液的浓度应高到足以使淀粉和糊精沉淀，若样品含水量较高，混合后的最终浓度应控制在上述范围内。提取时，可加热回流，然后冷却并离心，倒出上清液，如此提取2～3次，合并提取液，蒸发除去乙醇。在70%～75%乙醇溶液中，蛋白质不会溶解出来，因此，用乙醇溶液作提取剂时，提取液不用除蛋白质。
（3）含酒精和二氧化碳的液体样品，通常蒸发至原体积的1/3～1/4，以除去酒精和CO2。若样品呈酸性，则在加热前应预先用氢氧化钠调节样品溶液的pH值至中性，以防止低聚糖在酸性条件下被部分水解。
8.2.3测定方法
单糖中葡萄糖、半乳糖和果糖为还原糖，双糖中乳糖和麦芽糖也为还原糖，而其他双糖如蔗糖、三糖及多糖（如糊精、淀粉）则不是还原糖，但是都可以通过水解生成相应的还原糖，测定水解液的还原糖含量就可以求得样品中相应糖类的含量，因此，还原糖的测定是糖类定量的基础。
根据糖的还原性来测定糖类的方法叫还原糖法。可测定葡萄糖、果糖、麦芽糖和乳糖等还原糖。常用试剂是菲林试剂，即硫酸铜的碱性溶液。1964年“国际食糖分析方法统一委员会”把兰-埃农法（Laneand Eynons Method)和姆松-华尔格法（Munson and walkers Method）定为还原糖的标准分析法。
8.2.3.1还原糖法（兰·埃农法）
利用还原糖的还原性将菲林试剂中的Cu2+还原为Cu2O，Cu2O再与亚铁氰化钾反应生成可溶性化合物，稍微过量的糖将次甲基蓝还原为无色化合物，因此可用次甲基蓝作为终点指示剂，无色次甲基蓝隐色体很容易被O2所氧化，所以要沸腾排除O2。整个过程在沸腾条件下进行，溶液由蓝色变为无色即为滴定终点。方法原理可由下列反应式表示。
次甲基蓝的氧化还原过程如下式所示。
（1）样品的预处理。乳类、乳制品及含蛋白质的冷食类。称（吸）取适量样品，置于250 mL容量瓶中，加入50 mL水，摇匀后慢慢地加入5 mL乙酸锌和5 mL亚铁氰化钾溶液，加水至刻度，混匀，静置30 min，用干燥滤纸过滤，弃去初滤液，剩余滤液供分析检测用。
含酒精饮料。样品置于蒸发皿中，用40 g/L氢氧化钠溶液中和至中性。在水浴上蒸发至原体积的1/4后，移入250 mL容量瓶中，加水至刻度。
含多量淀粉的食品。样品置于250 mL容量瓶中，加200 mL水，在45 ℃水浴中加热1 h，并时时振摇，冷却后加水至刻度，混匀，静置，沉淀，用干燥滤纸过滤，弃去初滤液，滤液供分析检测用。
汽水等含有二氧化碳的饮料。在蒸发皿中蒸干后的样品，移入250 mL容量瓶中，用水洗涤蒸发皿，洗液并入容量瓶中，再加水至刻度，混匀后，备用。
（2）菲林试剂的标定。准确吸取菲林试剂甲液和菲林试剂乙液各5 mL，置于150 mL锥形瓶中，加水10 mL，加玻璃珠2粒，从滴定管滴加约9 mL葡萄糖标准溶液，严格控制加热使其在2 min内沸腾。准确沸腾30 s，趁沸以每2 s 1滴的速度继续滴加葡萄糖标准溶液，直至溶液蓝色刚好褪去为终点。
记录消耗葡萄糖标准溶液的总体积，同时平行操作3份，取其平均值，按下式计算每10 mL（甲，乙液各5 mL）菲林试剂溶液相当于葡萄糖的质量（mg）。
F=cV
式中：F——10 mL菲林试剂溶液（菲林试剂甲液、乙液各5 mL）相当于还原糖的质量，mg；
c——葡萄糖标准溶液的浓度，mg/mL；
V——标定时平均消耗葡萄糖标准溶液的总体积，mL。
（3）样品溶液的粗滴定。吸取菲林试剂甲、乙各5 mL，置于150 mL锥形瓶中，加玻璃珠2粒，加水10 mL，在石棉网上加热，控制在2 min内加热至沸，趁沸以先快后慢的速度，从滴定管中滴加样品溶液，并保持溶液沸腾状态，待溶液颜色变浅时，以每2 s 1滴的速度滴定，直至溶液蓝色刚好褪去为终点，记录样液消耗体积（样品中还原糖浓度根据预测加以调节，对于熟练人员，测定误差为±1%满足常规分析。以0.1 g/100g为宜，即控制样液消耗体积在10 mL左右，否则误差大）。
（4）精密滴定。准确吸取菲林试剂甲、乙各5 mL，置于150 mL锥形瓶中，加水10 mL，加入玻璃珠2粒，从滴定管加比预测体积少1 mL的样品溶液，控制在2 min内加热至沸，趁沸继续以每2 s 1滴的速度滴定，直至蓝色刚好褪去为终点，记录样液消耗体积。同法平行操作3次，计算平均消耗体积。
